Les phosphates et minerais phosphatés

Les phosphates

Le phosphore est un élément peu abondant ; dans l’écorce terrestre, sa teneur est de 1180ppm. Il n’est jamais à l’état pur. Il s’agit d’un élément indispensable à la vie puisqu’il entre dans la composition du noyau des cellules de tous les êtres vivants.Dans la classification minéralogique de Palache, Berman et Frondel [1951] ; les phosphates, les arsenates et les vanadates forment un ensemble conséquent de minéraux. Abalain et al [1968], ainsi que Palache et al [1951] ont recensé plus de 2000 noms de minéraux phosphatés. De nos jours, cependant, à peine 300 espèces minérales distinctes sont considérées.

Pour avoir une idée de la complexité des minéraux phosphatés, il convient de rappeler que : • le radical PO4 3- peut se combiner avec plus de 30 éléments ; • il peut se produire un grand nombre de substitutions entre ions similaires ; • pratiquement tous les éléments (quelquefois en traces) peuvent se retrouver dans ces minéraux ; • les substitutions P-As-P entre phosphates et arsenates (avec formation de solutions solides complètes) sont très communes ; • à des températures élevées, des substitutions entre phosphates et silicates restent possibles. Parmi les nombreuses espèces se formant dans des milieux géologiques divers, on peut noter l’apatite, la turquoise bleue (CuAl6(PO4)4(OH)8.2H2O), la vivianite bleue (Fe3(PO4)2.8H2O), la monazite ((Ce, La, Th)PO4) et les produits d’altération de gîtes uranifères (uranite Ca(UO2)2(PO4)2.10H2O, chalcolite Cu(UO2)2(PO4)2.12H2O), les plus courants étant les phosphates de calcium du groupe de l’apatite. L’apatite, de formule générale M10(YO4)6(X2), constitue un important groupe de minéraux (17 selon Fleischer [1987]).

Elle est présente, non seulement, dans quasiment toutes les roches d’origine ignée et métamorphique (roches riches en carbonatites) en tant qu’élément accessoire mais également dans les roches d’origine sédimentaire. Plus rarement, elle apparaît en tant que minéral essentiel, formant ainsi des roches où elle apparaît fortement concentrée (phosphorites, apatitites). Différentes variétés sont connues parmi lesquelles la fluorapatite (la plus courante), la carbonato-hydroxyapatite, la carbonato-fluorapatite ou encore l’hydroxyapatite. • M = Ca2+ substitutions possibles par Na+ , Sr2+, Mg2+, Mn2+, Sc2+, REE3+ (1) .

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Minerais phosphatés

Ressources naturelles

Le minerai commercial typique de phosphore est un concentré calcio-phosphaté avec environ 35 à 38% de P2O5 et 3 à 4% de fluor, les principales impuretés étant : • la silice, généralement sous la forme de grains de quartz ; • les argiles ; • les phosphates d’aluminium ; • les oxydes et les hydroxydes de fer. Les éléments accessoires les plus communs sont les terres rares (quelquefois en teneurs significatives), U, Sr, Ba, Mg et Zn.

Les sources naturelles de phosphore pour l’industrie des engrais sont au nombre de quatre : • les phosphorites (85% des roches phosphatées connues) : roches d’origine sédimentaire (habituellement sédiments marins stratifiés) et métasédimentaire, avec des teneurs élevées en minéraux du groupe de l’apatite ; • les roches phosphatées d’origine ignée : les apatites des carbonatites sont les plus communes ; • les phosphates aluminés : de grande complexité chimique et minéralogique et de basses teneurs en phosphore (d’où limitation de leur utilisation) ; • les accumulations phosphatées biogéniques : guano, variété de phosphorite de composition complexe. Ces roches présentent toutes des pourcentages significatifs des minéraux du groupe de l’apatite mais rarement en concentration suffisamment élevée pour permettre leur utilisation directe.

L’industrie des engrais fait généralement appel en grande majorité aux phosphates d’origine sédimentaire (Floride, Afrique du Nord, Océanie, …) dont la valeur de BPL(2) moyenne tourne aux alentours de 70% dans le produit enrichi (concentré). On note toutefois deux exceptions : les phosphates brésiliens et les phophates de la péninsule de Kola (Russie) d’origine ignée de BPL moyenne plus élevée (79 à 88%). Selon le chercheur américain Mariano [1989], les phosphates ignés de BPL élevée sont particulièrement recherchés sur certains marchés, spécialement ceux de l’Europe Occidentale. Les roches sédimentaires présentent des compositions chimiques variées, essentiellement, à cause des divers types de gangue leur étant associés. 

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